超声波测量实验指导书

《超声波测量实验指导书》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、超声波测量实验实验目的:1・掌握超声波的传播特性。2・理解脉冲超声波测距原理。二、实验设备及用品：JDUT・2超声波实验仪、示波器、专用测量铝块、直尺、超声耦合剂。三、实验原理：超声波的产生与传播能够产生超声波的方法很多，常用的有压电效应方法、磁致伸缩效应方法、静电效应方法和电磁效应方法等•我们把能够实现超声能量与其他形式能量和互转换的器件称为超声波换能器。一般情况卜，超声波换能器既能用于发射又能用于接收.在本实验屮，采用压电效应实现超声波信号与电信号的转换，即压电换能器，它是利用压电材料的压电效应实现超声波的发射和接收。超声波在介质屮传播的波形取决于介质可以

2、承受何种作用力以及如何对介质激发超声波。通常有如下三种：纵波波型：当介质中质点振动方向与超声波的传播方向一致时，此超声波为纵波波型。任何固体介质当其体积发生交替变化吋均能产生纵波。横波波型：当介质中质点的振动方向与超声波的传播方向相垂直时，此种超声波为横波波型。由于固体介质除了能承受体积变形外，还能承受切变变形，因此，当其有剪切力交替作用于固体介质时均能产生横波。横波只能在固体介质中传播。表面波波型：是沿着固体表面传播的貝有纵波和横波的双重性质的波。表面波可以看成是由平行于表面的纵波和垂直于表面的横波合成，振动质点的轨迹为一椭圆，在距表面1/4波长深处振幅最强

3、，随着深度的增加很快衰减，实际上离表面一个波长以上的地方,质点振动的振幅已经很微弱了。定位原理利用超声波进行探测的另一个原因是超声探头发射的能量具有较强的指向性。指向性是指超声波探头发射声束扩散角的大小。扩散角越小，则指向性越好，对FI标定位的准确性越高。在固体材料的尺寸测量、无损检测、超声诊断、潜艇导航等超声应用屮，都利用了超声波的这一特点。1・超声波的传播特性声波是由物体的机械振动所发出的波动，它在均匀弹性介质中匀速传播，其传播距离与时间成正比。当声波的频率超过20000赫吋，人耳已不能感受，即为超声波。声波的频率、波长和声速间的是：A=-(1)f式屮A波

4、长；C波速；f频率。由公式可见，声波的波长与频率成反比，超声波则具有很短的波长。超声波检测技术，就是利用超声波的高频率和短波长所决定的传播特性。即：(1)具有束射性(又叫指向性)，如同i束光在介质中是直线传播的，口J以定向控制。(2)具冇穿透性，频率越高，波长越短，穿透能力越强，因此可以探测很深(尺寸大)的零件。穿透的介质超致密，能量衰减越小，所以可用于探测金属零件的缺陷。(3)具有界面反射性、折射性，对质量稀疏的空气将发生全反射。声波频率越高,它的传播特性越和光的传播特性接近。如超声波的反射、折射规律完全符合光的反射、折射规律。利用超声波在零件屮的匀速传播以

5、及在传播中遇到界而时发生反射、折射等特性，即可以发现工件中的缺陷。因为缺陷处介质不再连续，缺陷与金属的界面就要发牛反射等。如图1所示超声波在工件小传播，没有伤时，如图la,声波直达工件底面，遇界面全反射回來。当工件中冇垂直于声波传播方向的伤，声波遇到伤界面也反射回來，如图lb。当伤的形状和位置决定界面与芦波传播方向有角度时，将按光的反射规律产生声波的反射传播。宀图1超声波在工件屮的传播3・超声波检测仪的工作原理超声波探伤仪首先是个超声波发生器，它利用交流电源和振荡电路，产生高频电脉冲，并可根据探伤耍求调节脉冲的频率及发射能量。超声波探伤仪述具冇将接受到的电脉冲

6、依其能量的大小、时间的先后通过荧光显示屏显示出来的功能。其工作原理示于图2。发生器使示波管产生水平扫描线(一条亮线，代表时间轴)，接收放大器使接受到的脉冲信号作用于示波管的垂直偏转板，并按信号收到的时间先后将水平扫描线的相应部位拉起脉冲值。始脉冲是仪器发射出去的原始脉冲信号，伤脉冲是超声波口工件内缺陷处返回的脉冲信号，底脉冲则是超声波自工件底部返回来的脉冲信号。由于超声波在工件内是匀速传播的，因此在工件内走过的路程越氏，返冋的时间越晩，所以底脉冲要比伤脉冲出现的晚，它们在荧光屏上的水平距离反应了超声波在工件内走过的距离。因此有—=—则d=2•/(2)式中d——

7、工件表面至缺陷的距离I——沿探测方向的工件厚度b——伤脉冲到始脉冲的扫描刻度h{)——底脉冲到始脉冲的扫描刻度扫描发生器接收放大■高麺发生器图2探伤仪工作原理示意图超声波在介质中传播是有能量衰减的。走过的距离越长，反射回來的能量也越小，表现在接收回来的脉冲高度要减少。如果伤较小，少量超声波自伤处反射回来，将冇一个矮的伤脉冲，此时大部分能量抵达工件底面，底脉冲仍较高。如果伤面积很大，则伤脉冲就会高，相应的底脉冲就会很小。如遇到伤很大，或其界面又不垂直于超声波入射的方向(如图lc),则伤脉冲没冇(反射波收不到)，底脉冲也可能没冇。超声波探头是超声波探伤仪的重要附件

8、，工程上所用的探头分为直探头和斜探头两